13.1. Типы дисперсных систем пищевых продуктов (по а. В. Горбатову и др., 1982)

Дисперсион­ная среда	Дисперсная фаза	Дисперсная система	Продукт (в том числе сырье, полуфабрикаты)
Газ	Жидкость	Жидкий аэрозоль	Экстракт кофе при распылительной сушке
	Твердое тело	Твердый аэрозоль	Мука при пневмо- транспортиро- вании
Жидкость	Газ	Пена	Белковая пена
	Жидкость	Эмульсия	Молоко, майонез
	Твердое тело	Золь	Какао-масса
		Суспензия	Фруктовый сок
Твердое тело	Газ	Твердая пена, порис-	Мороженое, безе,
		тое твердое тело	сухари
	Жидкость	Твердая эмульсия	Масло, маргарин
		Пористое твердое тело, заполненное жидкостью	Овощи и фрукты
	Твердое тело	Твердая суспензия	Макаронные изделия, шоко­лад, карамель

13.2. Сложные дисперсные системы пищевых продуктов (по ю. А. Мачихину и др., 1990)

Продукт	Дисперсная фаза	Дисперсионная среда
Шоколад	Кристаллы сахара, твердые	Кристаллическая
	частицы какао, пузырьки воздуха	форма какао-масла
Мороженое	Пузырьки воздуха, капельки	Кристаллическая
	жира, белковые макромоле­кулы	водянистая фаза
Мякиш хлеба	Пузырьки воздуха, частично	Крахмальный
	кристаллические молекулы крахмала, частицы отрубей	и белковый гель
Фрукты, овощи,	Капельки жидкости,	Целлюлоза,
картофель, зерно,	пузырьки воздуха,	белковая
масличные семена	крахмальные зерна	оболочка
Мясо	Капельки жидкости,	Белковые
	кости, капельки жира	макромолекулы

В соответствии с представлениями академика П. А. Ребинде-ра принято различать два основных типа дисперсных структур: коагуляционную и конденсационно-кристаллизационную. Коа-гуляционные структуры удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, действующими через жидкие прослойки. Основные условия их образования — неоднородность поверхности соприкосновения частиц и наличие гидрофобных участков, на которых возникают точечные контакты — начальные звенья будущей структуры. Эти структуры могут обладать свойствами неньютоновских жидко­стей и сильно изменяются при нагреве, введении ПАВ, измене­нии кислотности и других воздействиях.

Конденсационно-кристаллизационные структуры образуют­ся в процессе конденсации полимеров или кристаллизации их растворов и расплавов; их существование определяется прочны­ми химическими связями, отдельные частицы срастаются, жид­кие прослойки между ними отсутствуют. Системы с такой струк­турой обладают большей прочностью, хрупкостью и необрати­мостью при разрушении.

Коагуляционные структуры могут переходить в конденсаци-онно-кристаллизационные в процессе обработки продукта, ког­да создаются условия для удаления жидких прослоек между час­тицами, например при сушке или прессовании.

13.3. Классификация пищевых продуктов по реологическим свойствам и текстурным признакам (по Ю. А. Мачихину и др., 1990)

Дисперсная	Продукт (в том	Типичные	Типичные текс-
система	числе сырье,	реологические	турные признаки
	полуфабрикат)	свойства	продукта
Чистая	Вода, спирт,	Ньютоновская	Водянистый,
жидкость	масло	вязкость	жидкий
Чистый	Расплавленные	Преимущественно	Жидкий, густой,
расплав	жиры (какао-масло),	ньютоновская	маслянистый
	расплавленный сахар	вязкость
Истинный	Солевые и сахарные	То же	Жидкий, густой
раствор	растворы, экстракты, пиво, напитки
Коллоид-	Белковые растворы,	Ньютоновская вяз-	Жидкий, густой
ный раствор	мутные фруктовые	кость, возможны	слизистый
	и ягодные соки	вязкоупругость, тиксотропия
Жидко-	Суспензии (какао,	Ньютоновская и	Жидкий, густой,
образная	фруктовые и овощные	неньютоновская	кремообразный,
	соки, супы), эмульсии	вязкость, тиксотро-	тягучий, вязко-
	(молоко, сливки, майонез)	пия, вязкоупругость	текучий, клейкий
Пасто-	Фруктовое пюре	Неньютоновская	Густой, клейкий,
образная	(яблочный мусс),	вязкость, тиксотро-	кашицеобразный,
	ореховый мусс,	пия, реопексия,	резинообразный,
	творог, фарш	вязкоупругость	слизистый, тягучий
Связанная	Масло, пенная	Пластичная вязкость,	Мягкий, мажу-
мягкая	масса, желе, тесто,	обратимая и необра-	щийся, скользкий,
	йогурт, суп, паштет,	тимая тиксотропия,	кремообразный,
	картофельное пюре	упругость, вязко-	пастообразный,
		упругость	клейкий, эластич­ный
Связанная	Мякиш хлеба,	Упругость, пластич-	Мягкий, крепкий,
полутвердая	вареная колбаса, вареный картофель	ная вязкость, вязко­упругость	резинообразный, вязкий
Прочная	Свежие яблоки,	То же	Мягкий, прочный,
	груши, картофель,		хрупкий, ломкий,
	огурцы, мясо, хлебо­булочные продукты длительного хранения, шоколад, конфеты		вязкий
Твердая	Карамель, зерно,	Упругость, твердость,	Крепкий, твердый,
	ядра орехов, макарон-	высокая текучесть и	хрупкий, ломкий,
	ные изделия, морковь	прочность, хрупкость	стекловидный

Пищевые продукты, включая сырье и полуфабрикаты, в зави­симости от состава, дисперсного строения и структуры обладают различными реологическими свойствами и текстурными отли­чительными признаками (табл. 13.1 и 13.2).

Наиболее сложными реологическими свойствами обладают высококонцентрированные дисперсные системы (табл. 13.3) с пространственными структурами. Образование и изменение структур, обусловленные физико-химическими, биохимиче­скими, коллоидно-химическими или чисто физическими про­цессами, всегда приводят к изменениям их реологических свойств.

МЕХАНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ИДЕАЛИЗИРОВАННЫХ ТЕЛ

Необходимо отметить, что все законы реологии разработаны для идеальных тел. Известны три основные модели идеализиро­ванных материалов: идеально упругое тело (по Гуку), идеально пластическое тело (по Сен-Венану), идеально вязкая жидкость (по Ньютону).

Механической моделью вязкой жидкости являет­ся демпфер (рис. 13.1, а), или тело Ньютона. Идеально вязкая жидкость характеризуется тем, что напряжения в ней пропорци­ональны скорости деформации.

Вязкое течение происходит под действием любых сил, как бы малы они ни были, однако скорость деформации при уменьше­нии сил уменьшается, а при их исчезновении обращается в нуль.

Рис. 13.1. Механические модели, отражающие простые реологические свойства материалов:

а — тело Ньютона; б — тело Гука; в — тело Сен-Венана; г — тело Рэнкина

Моделью упругого твердого тела является пружина (рис. 13.1, б), или тело Гука. Идеально упругое тело — это систе­ма, в которой энергия, затраченная на деформацию, накаплива­ется в теле и может быть возвращена при разгрузке.

Модель идеально пластичного тела изображается в виде пары трения и определяется как тело Сен-Венана (рис. 13.1, в). Оно неподатливо при нагрузке ниже предела теку­чести, а после его превышения неограниченно деформируется. Предел текучести — это реологическая константа элемента пла­стичности. При изучении структурно-механических свойств пи­щевых продуктов их испытывают на разрушение, которому пред­шествуют мгновенные необратимые деформации.

Модель твердого тела, или тело Рэнкина, изображается как пара сцепленных пластин (рис. 13.1, г). Реологическая кон­станта данного элемента — предел прочности. Если при осевом нагружении достичь предела прочности, сцепленные пластины необратимо разъединяются.

Необходимо отметить, что ни один из реальных пищевых про­дуктов не может быть полностью описан ни одной из моделей идеальных тел. В большинстве своем пищевые продукты соответ­ствуют сложным моделям, представляющим собой комбинацию простых, т. е. являются упругопластичными, упруго вязкими или вязкопластичными телами, причем в зависимости от условий (температуры, влажности, давления, способа и скорости приложе­ния нагрузки) превалируют то одни, то другие свойства. В связи с этим при изучении реологических свойств продукта обязательно должны быть четко указаны условия проведения испытаний, в противном случае полученные результаты будут несопоставимы.